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Theorem ivthicc

Description: The interval between any two points of a continuous real function is contained in the range of the function. Equivalently, the range of a continuous real function is convex. (Contributed by Mario Carneiro, 12-Aug-2014)

Ref Expression
Hypotheses ivthicc.1 φ A
ivthicc.2 φ B
ivthicc.3 φ M A B
ivthicc.4 φ N A B
ivthicc.5 φ A B D
ivthicc.7 φ F : D cn
ivthicc.8 φ x A B F x
Assertion ivthicc φ F M F N ran F

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 ivthicc.1 φ A
2 ivthicc.2 φ B
3 ivthicc.3 φ M A B
4 ivthicc.4 φ N A B
5 ivthicc.5 φ A B D
6 ivthicc.7 φ F : D cn
7 ivthicc.8 φ x A B F x
8 simpll φ y F M F N M < N φ
9 elicc2 A B M A B M A M M B
10 1 2 9 syl2anc φ M A B M A M M B
11 3 10 mpbid φ M A M M B
12 11 simp1d φ M
13 12 ad2antrr φ y F M F N M < N M
14 elicc2 A B N A B N A N N B
15 1 2 14 syl2anc φ N A B N A N N B
16 4 15 mpbid φ N A N N B
17 16 simp1d φ N
18 17 ad2antrr φ y F M F N M < N N
19 fveq2 x = M F x = F M
20 19 eleq1d x = M F x F M
21 7 ralrimiva φ x A B F x
22 20 21 3 rspcdva φ F M
23 fveq2 x = N F x = F N
24 23 eleq1d x = N F x F N
25 24 21 4 rspcdva φ F N
26 iccssre F M F N F M F N
27 22 25 26 syl2anc φ F M F N
28 27 sselda φ y F M F N y
29 28 adantr φ y F M F N M < N y
30 simpr φ y F M F N M < N M < N
31 11 simp2d φ A M
32 16 simp3d φ N B
33 iccss A B A M N B M N A B
34 1 2 31 32 33 syl22anc φ M N A B
35 34 5 sstrd φ M N D
36 35 ad2antrr φ y F M F N M < N M N D
37 6 ad2antrr φ y F M F N M < N F : D cn
38 34 sselda φ x M N x A B
39 38 7 syldan φ x M N F x
40 8 39 sylan φ y F M F N M < N x M N F x
41 elicc2 F M F N y F M F N y F M y y F N
42 22 25 41 syl2anc φ y F M F N y F M y y F N
43 42 biimpa φ y F M F N y F M y y F N
44 3simpc y F M y y F N F M y y F N
45 43 44 syl φ y F M F N F M y y F N
46 45 adantr φ y F M F N M < N F M y y F N
47 13 18 29 30 36 37 40 46 ivthle φ y F M F N M < N z M N F z = y
48 35 sselda φ z M N z D
49 cncff F : D cn F : D
50 ffn F : D F Fn D
51 6 49 50 3syl φ F Fn D
52 fnfvelrn F Fn D z D F z ran F
53 51 52 sylan φ z D F z ran F
54 eleq1 F z = y F z ran F y ran F
55 53 54 syl5ibcom φ z D F z = y y ran F
56 48 55 syldan φ z M N F z = y y ran F
57 56 rexlimdva φ z M N F z = y y ran F
58 8 47 57 sylc φ y F M F N M < N y ran F
59 simplr φ y F M F N M = N y F M F N
60 simpr φ y F M F N M = N M = N
61 60 fveq2d φ y F M F N M = N F M = F N
62 61 oveq2d φ y F M F N M = N F M F M = F M F N
63 22 rexrd φ F M *
64 63 ad2antrr φ y F M F N M = N F M *
65 iccid F M * F M F M = F M
66 64 65 syl φ y F M F N M = N F M F M = F M
67 62 66 eqtr3d φ y F M F N M = N F M F N = F M
68 59 67 eleqtrd φ y F M F N M = N y F M
69 elsni y F M y = F M
70 68 69 syl φ y F M F N M = N y = F M
71 5 3 sseldd φ M D
72 fnfvelrn F Fn D M D F M ran F
73 51 71 72 syl2anc φ F M ran F
74 73 ad2antrr φ y F M F N M = N F M ran F
75 70 74 eqeltrd φ y F M F N M = N y ran F
76 simpll φ y F M F N N < M φ
77 17 ad2antrr φ y F M F N N < M N
78 12 ad2antrr φ y F M F N N < M M
79 28 adantr φ y F M F N N < M y
80 simpr φ y F M F N N < M N < M
81 16 simp2d φ A N
82 11 simp3d φ M B
83 iccss A B A N M B N M A B
84 1 2 81 82 83 syl22anc φ N M A B
85 84 5 sstrd φ N M D
86 85 ad2antrr φ y F M F N N < M N M D
87 6 ad2antrr φ y F M F N N < M F : D cn
88 84 sselda φ x N M x A B
89 88 7 syldan φ x N M F x
90 76 89 sylan φ y F M F N N < M x N M F x
91 45 adantr φ y F M F N N < M F M y y F N
92 77 78 79 80 86 87 90 91 ivthle2 φ y F M F N N < M z N M F z = y
93 85 sselda φ z N M z D
94 93 55 syldan φ z N M F z = y y ran F
95 94 rexlimdva φ z N M F z = y y ran F
96 76 92 95 sylc φ y F M F N N < M y ran F
97 12 17 lttri4d φ M < N M = N N < M
98 97 adantr φ y F M F N M < N M = N N < M
99 58 75 96 98 mpjao3dan φ y F M F N y ran F
100 99 ex φ y F M F N y ran F
101 100 ssrdv φ F M F N ran F